История и перспективы электрических велосипедов: обзор

Картинки по запросу электровелосипедСегодня рынок электровелосипедов по темпам роста не уступает сегменту своих старших собратьев — электромобилей. Только в 2016 году во всем мире было продано чуть меньше 35 млн электровелосипедов — 93% пришлось на Азиатско-Тихоокеанский регион. Однако их популярность растет не только в Азии, но и по всему миру — например, в США в прошлом году зафиксировали двукратный рост продаж. Российский рынок, по мнению экспертов, довольно скромный — в год продается порядка 10 тысяч электровелосипедов — но он тоже активно развивается. На велосипеды с электрическим приводом уже во всю пересаживаются государственные службы по всему миру: например, полицейские штата Висконсин последовали примеру своих малазийских коллег и патрулируют город на новом транспорте.

Картинки по запросу электровелосипед

Появляются городские сервисы для аренды вроде «Велобайка», но уже для электровелосипедов — это сети велопроката, которые можно встретить во многих крупных городах во всем мире. Они позволяют брать электровелосипед в аренду на одной станции и оставлять его в другой части города так, чтобы им мог воспользоваться кто-то другой.

Более того, появляются предложения о том, чтобы включить электровелосипеды в классификацию Европейского союза велосипедного спорта (UEC) и добавить новые дисциплины к обычным заездам и соревнованиям по горным велогонкам.

Попробуем немного «отмотать назад» и разобраться в том, как электровелосипед проделал путь от экспериментального изобретения до популярного атрибута жизни в большом городе. Сегодня расскажем:

  • кто впервые модернизировал классический велосипед;
  • почему об электровелосипедах забыли почти на 30 лет;
  • и что помогло им вернуться и стать популярным городским транспортом.


/ фото AIRWHEEL R8

Велосипед: начало

Изобретение велосипеда в известном нам виде и оснащение его подобием электрической тяги произошло в течение одного столетия. Однако этому предшествовали почти 400 лет попыток собрать транспортное средство, приводимое в действие без какой-либо дополнительной помощи.

По данным Международного велосипедного фонда (IBF), в 1418 году итальянский инженер Джованни Фонтана (Giovanni Fontana) построил устройство с четырьмя колесами, которые приводились в движение благодаря веревке, соединенной с ними зубчатым колесом.

/ фото Giovanni Fontana PD

Существует также миф о некоем чертеже Леонардо да Винчи, на котором изображен практически современный велосипед. Однако, исследования доказывают, что эскизы, неожиданно найденные в 1974 году, — подделка.

Еще одна мистификация — французское изобретение, которое представляло собой игрушку-качалку с колесами. Прототип велосипеда с рулевым управлением без педалей якобы собрал граф де Сиврак (Comte Mede de Sivrac) в 1791 году. Однако, как выяснилось много позднее, эта история была легендой, придуманной журналистом. Графа-изобретателя велосипеда с таким именем никогда не существовало.

Первое подобное устройство, существование которого подтверждается патентом, — «машина для бега» за авторством барона Карла фон Дреза. Есть мнение, что к его появлению привело извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году. Из-за облака пепла погиб урожай на прилегающих территориях, а за ним от голода — и лошади. Заправлять в повозки стало некого, что и натолкнуло барона на мысль об индивидуальном транспорте, управляемом человеком.

По своей сути изобретение было ближе к двухколесному самокату и никогда не существовавшему велосипеду графа де Сиврака. Одно из названий устройства — «Draisienne» — дано ему в честь изобретателя фон Дреза. Кстати, дрезина, которая до сих пор используются для передвижения по рельсам, также носит имя барона.

/ фото Gun Powder Ma CC

Идею деревянного двухколесного транспорта подхватили энтузиасты со всего мира. В следующие десятилетия в патентные службы поступали десятки обращений от людей, которые пытались «изобрести велосипед заново» или предлагали модификации оригинальной концепции. Среди патентов того времени, существенно повлиявших на устройство обычного велосипеда, стоит отметить шарикоподшипники и педальный механизм — до 1839 года у «машин для бега» не было педалей. Шотландец Киркпатрик Макмиллан (Kirkpatrick MacMillan) добавил к велосипеду Дреза педали, приводившие в движение заднее колесо с помощью металлических стержней и шатунов.

В следующие десятилетия изобретатели модифицировали прототип велосипеда, добавляя хорошо известные сегодня детали: колеса со спицами, цепную систему, каучуковые шины, систему торможения. На какой-то момент лидерами на рынке стали так называемые «пенни-фартинги» — велосипеды с большим передним колесом.

/ фото Unknown Author CC

В то же время началась история мотоциклостроения. Прошлое электровелосипеда и мотоцикла тесно связано — оно уходит корнями в необходимость автоматизировать движение велосипеда. Первые патенты на двигатели внутреннего сгорания были зарегистрированы во второй половине XIX века — прототипы будущего мотоцикла тогда использовали паровые двигатели.

В 1860-е годы Сильвестр Ропер (Sylvester H. Roper) из США, которого считают «отцом мотоциклостроения», искал новое применение паровому двигателю. В результате этих поисков он создал первый двухцилиндровый паровой велосипед. Бак для воды находился под седлом, а котел — на месте педалей. По сохранившимся данным, модель страдала от ряда недостатков — шума, неприятного запаха и большого веса.

В 1884 году Ропер приступил к работе над второй версией своего велосипеда. Она была способна развивать максимальную скорость в 64 км/ч с дальностью поездки в 12 км. В 1896 году в возрасте 72 лет Сильвестр погиб, демонстрируя, как быстро может разогнаться его паровой велосипед на трассе.

/ фото Boston Daily Globe CC

В 2015 году паровой велосипед Ропера был продан на аукционе в Лас-Вегасе за 425 тыс. долларов.

В 1884 году Эдвард Батлер (Edward Butler) изобрел «бензиновый велосипед» — фактически современный мотоцикл. Интересно, что это произошло за два года до изобретения первого автомобиля Карлом Бенцем.

Изобретение электровелосипеда

Тем временем в 1886 году Фрэнк Джулиан Спраг (Frank Julian Sprague) разрабатывает первый работающий электродвигатель. На его основе он создает первую электрическую тележку и электрическую лифтовую систему.

Электрификация вообще была популярной темой в промышленности того времени — так же, как и велосипеды. 1890-е считаются «золотым веком» в истории велосипедов: появлялись первые крупные производители, расширялся рынок.

Тогда же был подан первый патент на велосипед с электрическим приводом. Его автором в 1895 году стал Огден Болтон (Ogden Bolton) из США. Патент предполагал установку электродвигателя на ступицу заднего колеса велосипеда. Источником питания выступала 10-вольтовая батарея, установленная на каркас рамы. Судя по документам, изобретение не имело ни системы передач, ни педалей.

Если велосипед Болтона и первые электрические двигатели остались задокументированными, то о существовании электротрицикла известно только из рисунков. По неподтвержденным сведениям в 1881 году французский изобретатель Густав Труве (Gustave Trouvé) оснастил британский трехколесный велосипед с рычажным механизмом электрическим приводом. Подробностей об этом транспорте сохранилось мало, но, по некоторым данным, механизм Труве был компактным и съемным.

Столь же мало информации сохранилось и об электровелосипеде с четырьмя массивными на вид источниками питания. Он был продемонстрирован на выставке Stenley Show в 1897 году. Утверждается, что велосипед был сконструирован британской компанией Humber.

/ фото Jules Beau CC

Патент первого полноценного электровелосипеда определенно принадлежит Осии Либби (Hosea W. Libbey) из Бостона. Его изобретение на два года младше электропривода Болтона. Электрический велосипед Либби был оснащен двумя двигателями, двумя батареями и двумя колесами. На ровной дороге работала только одна батарея, а при подъеме подключалась вторая. Основной идеей Либби была экономия энергии на сложном ландшафте.

Изобретение дополнительного колеса

Кстати, о колесах. Шквал патентов не привел к появлению серийного электровелосипеда, но косвенно вдохновил других конструкторов на изобретение «дополнительного колеса» для автоматизации обычного велосипеда. Это устройство — Auto-Wheel — крепилось к заднему колесу. Первая модель была представлена в 1909 году.

Auto-Wheel выпускали до конца 1920-х годов. Колесо позволяло разогнаться до 25 км/ч и фактически делало обычный велосипед мотоциклом. По этому принципу позже создавались мопеды — велосипеды оснащались компактными двигателями внутреннего сгорания. Кстати, и Auto-Wheel приводился в движение двигателем внутреннего сгорания. Так что говорить о нем в контексте электровелосипедов не совсем корректно.

Современным продолжателем этой идеи можно считать Electron Wheel — «электрическое колесо» с аккумулятором и датчиками, которые передают данные о скорости и состоянии заряда батареи в приложение для смартфона.

Первые электровелосипеды на рынке

Вернемся к главной теме. В 1920 году немецкая компания Heinzmann начала массовое производство электродвигателей для велосипедов. Первый был установлен на парный велосипед. Кстати, электровелосипеды под этим брендом выпускаются до сих пор, и в 2020 году Heinzmann отпразднует 100-летие.

В это время французский конкурент Heinzmann приступил к выпуску «электроциклетов». Такой транспорт мог разогнаться до 25 км/ч и проехать на одном заряде 30 км. Его слабым местом был вес — 75 кг.

В течение 30-х годов XX века число компаний, выпускающих электровелосипеды, расширилось. К ним присоединились Philips с моделями Simplex, Juncker и Gazelle. Первая появилась, когда Philips объединились с производителем обычных велосипедов (известно, что у этой модели была 12-вольтовая батарея).

Juncker весил 50 кг без батареи. На ее полный заряд уходил целый день, но этого хватало, чтобы проехать до 40 км со скоростью 18 км/ч. Для выпуска Gazelle Philips объединилась с еще одним производителем, который также до сих пор в строю.

/ фото Unknown photographer CC

Вторая мировая война на время остановила развитие индустрии. Но в то же время топливный кризис вызвал повышенный интерес к транспортным средствам с электроприводом в качестве альтернативы автомобилям с бензиновым двигателем. В течение этого кризиса изобретатель Аргирис Стефанос (Argyris Stefanos) подал патент, который содержал заметные улучшения существующей технологии: парные батареи располагались по обеим сторонам заднего колеса — это улучшало поперечный баланс.

Еще одна важная веха в истории всех велосипедов, которая затрагивает и развитие электровелосипедов, — разработка итальянским велогонщиком Туллио Кампаньоло (Tullio Campagnolo) переключателя передач. Он представил изобретение на Миланской выставке в 1949 году. Прототипы устройства разрабатывались с начала 1900-х, но они были слишком сложными и неэффективными.

/ фото Brooklyn Museum CC

В 1946 году Бенджамин Боуден (Benjamin Bowden), который занимался проектированием дизайна автомобилей, на ярмарке в Лондоне представил прототип «велосипеда будущего». В духе времени он был с электроприводом.

Эта модель носила имя Classic. Ее устройство позволяло накапливать энергию при движении по склону и подключать привод для ее использования при движении в гору. Батареи были спрятаны внутри широкой рамы.

Однако, это был всего лишь прототип, и Великобритания не выделила денег на проект. В 1950-х Боуден переехал в Мичиган. Здесь ему удалось привлечь необходимые средства, но он все же отказался от электропривода.

Чтобы обеспечить коммерческий успех своему изобретению, Боуден сохранил футуристический дизайн и дал проекту «космическое» имя Spacelander — это отвечало духу «космической гонки», разгоравшейся в то время.

Модель оказалась одной из самых дорогих на рынке США и к тому же непрактичной — рама была хрупкой и быстро ломалась. В результате производство было остановлено, а Боудену удалось продать всего несколько сотен Spacelander’ов.

Позже права на выпуск были выкуплены для переиздания легендарного байка, но это уже никак не связано с историей электровелосипедов.

Азиатское чудо

Интерес к электроприводам ослабел вскоре после окончания топливного кризиса, и в течение 30 лет электровелосипеды оставались в тени.

Все изменилось, с вовлечением в эту сферу японских технологий. В 1970 году Panasonic выпустил свой первый электровелосипед. Основатель компании лично презентовал эту модель. За ней последовало еще несколько разработок, но они так и не стали серийными. Проблема заключалась в слишком тяжелых аккумуляторах. До следующего рывка пришлось ждать почти 20 лет.

Важной для развития электровелосипедов вехой стало то, что на нее обратили внимание власти Китая. Это произошло еще в 1960-х, и уже в 70-х поступил заказ на первую партию электровелосипедов — внешне они были похожи на французские электроциклеты.

В следующем десятилетии в крупных городах — Шанхае и Тяньцзине — стали появляться первые местные производители. Тем не менее, годовое производство электровелосипедов составляло менее 20 тысяч штук в год на миллиард жителей. Всплеск интереса продолжался всего несколько лет, а затем угас по нескольким причинам. Во-первых, батареи все еще не могли удовлетворить требования потребителей: они были тяжелыми и не предполагали поездок на большие расстояния без подзарядки. Во-вторых, цена электровелосипедов была достаточно высокой по сравнению с бензиновыми мотороллерами.

Ситуацию изменил технологический прорыв, но уже на Западе. В 1989 году европеец Майкл Куттер (Michael Kutter) разработал систему ассистирования педалированию. Датчик системы реагировал на скорость движения педалей и автоматически включал мотор-колесо электровелосипеда при начале вращения. Такая технология применяется и в современных электровелосипедах.

Тогда же, в 1989 году, возникла еще одна инновация — Sanyo Enacle стал первым велосипедом с электроприводом и никель-кадмиевым аккумулятором. Технология получила развитие с выходом Sinclair Zike. Это был суперкомпактный электровелосипед, но он «провалился» из-за подрядчика, который не справился с запланированным объемом выпуска. А в 1991 году Sony и Asahi Kasei выпустили первый коммерческий литий-ионный аккумулятор. Он был компактнее и легче других источников питания.

Стремление китайского правительства к использованию новых источников энергии и улучшению экологической ситуации в стране дали толчок к расцвету индустрии. К 1999 году лицензии на производство электровелосипедов получили компании в Шанхае, Тяньцзине, Цзянсу, Чжэцзяне, Хэбэе и других провинциях. При поддержке правительства за менее чем 10 лет в стране появилось 480 местных производителей.

В то же время правительство ввело классификацию электровелосипедов — ими признавали двухколесные транспортные средства с электроприводом, которые весят менее 40 кг и имеют максимальную скорость в 20 км/ч. Так электровелосипеды стали полноправными участниками движения, при этом для управления ими не требовались какие-либо документы и удостоверения.

Жители Китая стали активно пересаживаться на новый вид транспорта и вывели страну в мировые лидеры по производству электровелосипедов.

Обратно на Запад

В Европе и США интерес к электровелосипедам снизился со времен «Classic» Бенджамина Боудена. Тем не менее, даже в годы затишья здесь «сияли» свои звезды. Например, лидером немецкого рынка в 70-е был Solo Electra — первый серийный электровелосипед, выпущенный в 1973 году. На нем стоял двигатель Bosch, а на одном заряде можно было проехать до 37 км.

Если говорить про современный период развития отрасли, то именно азиатский рынок и популярность электровелосипедов в Китае и натолкнула европейские и американские компании на мысли об обновлении своего модельного ряда. Об этом и уже современных электровелосипедах мы расскажем в нашем следующем материале по теме.

Источник: https://habr.com/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!